这里有您心中唯一的生命科学里程碑吗？

 

来源公众号：卢镇岳斋聊生物学 原创：卢镇岳 

导言

在漫长的人类探索历程中，生命科学领域犹如一座神秘的宝库，不断涌现令人惊叹的重大发现与突破。从 1859 年达尔文发表《物种起源》，如一声惊雷在科学界炸响，为进化论奠定基石，引领人类以全新视角审视生物演化，到 2012 年 CRISPR – Cas9 基因编辑技术横空出世，赋予人类精准改写生命密码的神奇力量。

孟德尔遗传定律揭示了遗传学的隐秘规律，弗莱明发现青霉素开启了抗生素的黄金时代，沃森与克里克的 DNA 双螺旋结构掀起分子生物学革命…… 这些里程碑事件，如同璀璨星辰，照亮了我们理解生命本质的道路，深刻影响着人类的健康、农业发展、生态保护等诸多方面，每一个都足以改变世界的轨迹。接下来，就让我们一同深入探寻这些改写生命科学历史的伟大成就。

一、达尔文《物种起源》（1859） ：奠定进化论基础

达尔文在《物种起源》中提出了以自然选择为核心的进化论。他通过大量观察和研究，指出生物具有遗传变异特性，在生存斗争中，适应环境的个体更易存活并繁衍后代，这就是自然选择。比如，在不同环境下的生物，其形态、结构和习性会逐渐发生改变以适应环境。

书中还阐述了物种是不断进化的，现存的各种生物都经历了长期演变，共同起源于少数原始祖先。这一理论挑战了当时的神创论，为生物学发展奠定了全新的理论基础，使人们对生物多样性和生命演化有了科学的认识，推动了生物学各领域的研究，对后续的遗传学、生态学等学科发展产生了深远影响 。

二、孟德尔遗传定律（1866） ：揭示遗传学规律

孟德尔通过豌豆杂交实验，发现了遗传学两大基本定律。在一对相对性状的杂交实验中，他发现子一代都表现出显性性状，子二代中显性性状与隐性性状的比例接近 3:1，这就是分离定律，表明遗传因子在形成配子时会彼此分离。在两对及多对相对性状的杂交实验中，不同对的遗传因子在形成配子时自由组合，这就是自由组合定律。

例如，豌豆种子形状（圆粒与皱粒）和子叶颜色（黄色与绿色）的遗传遵循自由组合定律。孟德尔的研究成果揭示了遗传信息的传递规律，为现代遗传学发展奠定了基础，让人们能够从本质上理解生物性状的遗传机制，在动植物育种、医学遗传研究等方面有着广泛应用。

三、弗莱明发现青霉素（1929） ：开启抗生素时代

1929 年，弗莱明在研究葡萄球菌时，偶然发现培养皿中青霉菌周围的葡萄球菌菌落被溶解。进一步研究后，他发现青霉菌能产生一种可抑制和杀死葡萄球菌的物质，即青霉素。这一发现源于他对实验中意外现象的敏锐观察。青霉素的发现开启了抗生素时代，为治疗细菌感染性疾病带来了新的希望。

此前，许多严重的细菌感染疾病几乎无法治愈，而青霉素的应用使得这些疾病的治疗效果得到显著改善，拯救了无数生命。此后，更多抗生素被陆续发现和研发，极大地改变了现代医学的面貌，提高了人类对疾病的抵御能力 。

四、沃森与克里克《DNA 双螺旋结构》（1953） ：分子生物学革命

1953 年，沃森和克里克发现了 DNA 的双螺旋结构。他们通过对 DNA 晶体的 X 射线衍射数据的分析，结合其他研究成果，构建出 DNA 双螺旋模型。该模型由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成，碱基在内侧通过氢键互补配对，A 与 T 配对，G 与 C 配对。

这一发现揭示了 DNA 储存和传递遗传信息的机制，为解释遗传信息的复制、转录和翻译提供了结构基础，是分子生物学的重大突破。推动了整个生命科学领域的发展，促使科学家们深入研究基因的功能和调控机制，为基因工程、生物技术等新兴学科的诞生奠定了基础 。

五、尼伦伯格破译遗传密码（1961） ：阐明 DNA 到蛋白质的翻译机制

1961 年，尼伦伯格通过实验破译了遗传密码。他利用人工合成的 RNA 多聚尿嘧啶核苷酸（poly – U），在体外蛋白质合成系统中加入各种氨基酸，发现只有苯丙氨酸能掺入到新合成的蛋白质中，从而确定了 UUU 是编码苯丙氨酸的密码子。

随后，他和其他科学家继续研究，陆续破译了其他氨基酸的密码子。这阐明了 DNA 碱基序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系，揭示了从 DNA 到蛋白质的翻译机制，使人们对遗传信息的传递过程有了更深入的理解，为基因表达调控、遗传疾病研究等提供了关键理论依据 。

六、博耶与科恩的基因克隆技术（1973） ：重组 DNA 技术奠基

1973 年，博耶和科恩利用限制性内切酶和 DNA 连接酶，将不同来源的 DNA 片段进行体外重组，并将重组质粒导入大肠杆菌细胞中，实现了基因的克隆。他们从不同质粒获取 DNA 片段，经限制性内切酶切割后，用 DNA 连接酶连接形成重组质粒，再转化大肠杆菌。

这一技术使得科学家能够将特定基因从一个生物的基因组中分离出来，进行扩增和研究，是重组 DNA 技术的重要奠基。它为基因工程的发展开辟了道路，在基因功能研究、生物制药、农业育种等领域有广泛应用，比如生产胰岛素、培育转基因作物等 。

七、桑格 DNA 测序法（1977） ：推动基因组学研究

1977 年，桑格发明了 DNA 测序法，即双脱氧链终止法。该方法利用双脱氧核苷酸（ddNTP）终止 DNA 链的延伸，在 4 个同时进行的反应体系中，分别加入正常 dNTP 和带有放射性标记的 ddNTP，引物与模板链结合后，DNA 聚合酶延伸 DNA 链，遇到 ddNTP 时链延伸终止，从而产生不同长度的 DNA 片段。

通过聚丙烯酰胺凝胶电泳分离这些片段，根据片段末端的碱基，反向依次读出 DNA 序列。桑格测序法使人们能够直接测定 DNA 序列，为基因组学研究提供了关键技术手段，推动了对基因结构和功能的深入了解，促进了后续基因组计划的开展 。

八、汤普森与埃文斯干细胞研究（1981）：开启再生医学

1981 年，埃文斯（M. J. Evans）和考夫曼（M. H. Kaufman）成功从正常小鼠胚胎中建立了多能干细胞系，而汤普森（J. A. Thomson）等人则在后续研究中取得了进一步突破。他们从早期小鼠胚胎内细胞团分离细胞，在特定培养条件下，使这些细胞既能在体外稳定增殖，又保持多能性，可分化形成多种细胞类型，如神经细胞、肌肉细胞等。

这些多能干细胞的成功建立，为再生医学研究提供了重要的细胞来源。通过定向诱导分化，有望实现受损组织和器官的修复与再生，例如在脊髓损伤、糖尿病等疾病治疗方面展现出潜在应用价值，开启了再生医学的新时代，为攻克多种疑难病症带来了希望。

九、穆利斯发明 PCR 技术（1985）：分子生物学工具革命

1985 年，穆利斯（Kary B. Mullis）发明了聚合酶链式反应（PCR）技术。该技术模拟体内 DNA 复制过程，通过高温变性、低温退火和中温延伸三个步骤的循环，实现对特定 DNA 片段的指数级扩增。在反应体系中，加入模板 DNA、引物、dNTP、DNA 聚合酶等物质，高温使 DNA 双链解开，低温时引物与模板链结合，DNA 聚合酶在中温条件下以 dNTP 为原料合成新的 DNA 链。经过多次循环，能在短时间内获得大量目标 DNA。

PCR 技术具有灵敏度高、特异性强、操作简便等优点，广泛应用于基因克隆、疾病诊断、法医鉴定、考古学等领域。例如在疾病诊断中，可快速检测病原体；在法医鉴定中，能从微量样本中扩增 DNA 进行身份识别，极大地推动了分子生物学的发展。

十、人类基因组计划首份草图（2001）：基因组学里程碑

2001 年，国际人类基因组测序联盟公布了人类基因组计划的首份草图。该计划旨在测定人类基因组的全部 DNA 序列，采用层次鸟枪法测序策略，先构建物理图谱，再挑选 BAC 克隆进行测序与组装。草图覆盖约 94% 的人类基因组，虽存在一些缺口和不精确之处，但已揭示诸多重要信息。

如估计人类基因数量约为 3 – 4 万个，发现基因组在 GC 含量、基因密度、重复序列分布等方面存在显著差异，还识别出大量单核苷酸多态性（SNPs）。这一成果为深入探究人类遗传信息、疾病发生机制、个体差异等提供了基础，推动了生命科学和医学领域的发展，是基因组学研究的重要里程碑。

十一、山中伸弥诱导多能干细胞（2006）：细胞重编程突破

2006 年，山中伸弥（Shinya Yamanaka）团队通过向小鼠成纤维细胞中导入四个转录因子（Oct4、Sox2、Klf4 和 c – Myc），成功将其诱导为多能干细胞，即诱导多能干细胞（iPS 细胞）。iPS 细胞在形态、基因表达和分化潜能等方面与胚胎干细胞相似，能分化为多种细胞类型，如神经细胞、心肌细胞等。

该技术突破了传统胚胎干细胞研究面临的伦理限制，为再生医学提供了新的细胞来源。在疾病治疗方面，可利用患者自身细胞诱导成 iPS 细胞，再分化为所需细胞进行移植，降低免疫排斥风险；在药物研发中，可构建疾病模型，筛选有效药物，在生物医学领域具有广阔的前景。

十二、CRISPR – Cas9 基因编辑技术（2012）：精准基因编辑工具

2012 年，马丁・吉内克（Martin Jinek）等人发现 CRISPR – Cas9 系统可用于基因编辑。在细菌的适应性免疫过程中，Cas9 蛋白在 crRNA 和 tracrRNA 形成的双 RNA 结构引导下，能够识别并切割与 crRNA 互补的靶 DNA 序列，造成双链断裂。

研究人员利用这一原理，将 crRNA 和 tracrRNA 设计成单链向导 RNA（sgRNA），引导 Cas9 蛋白对特定基因位点进行精确切割。通过修复断裂的 DNA，可实现基因的敲除、插入或替换等操作。CRISPR – Cas9 技术具有操作简单、效率高、特异性强等优势，在基因功能研究、疾病治疗、作物育种领域展现巨大潜力。

例如在疾病治疗方面，有望用于治疗一些由基因突变引起的遗传疾病；在作物育种中，可精准改良作物性状，培育优良品种。在不远的未来，生命科学的发展将助力人类以全宇宙为家，祝安！

参考文献

1. Darwin, C. (1859). On the origin of species by means of natural selection. John Murray.
2. Mendel, G. (1866). Versuche über Pflanzen-Hybriden. Verhandlungen des Naturforschenden Vereines in Brünn, 4, 3-47.
3. Fleming, A. (1929). On the antibacterial action of cultures of a Penicillium, with special reference to their use in the isolation of B. influenzae. British Journal of Experimental Pathology, 10(3), 226-236.
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9. Mullis, K. B., & Faloona, F. A. (1987). Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction. Methods in Enzymology, 155, 335-350.
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11. Takahashi, K., & Yamanaka, S. (2006). Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell, 126(4), 663-676.
12. Jinek, M., Chylinski, K., Fonfara, I., Hauer, M., Doudna, J. A., & Charpentier, E. (2012). A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science, 337(6096), 816-821.

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